溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾及抑制方法

熊力

摘 要本文在研究中以電子設(shè)備為核心，分析溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾影響，并提出有效的抑制方法，保證電子設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而為相關(guān)研究人員提供一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】溫度 電子設(shè)備 干擾影響 抑制方法

為了保證電子設(shè)備的使用功能和使用壽命，要盡量消除溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾影響，結(jié)合溫度干擾因素，制定完善的溫度抑制解決方案，防止溫度過(guò)高造成電子設(shè)備的損壞，進(jìn)而為電子設(shè)備的安全高效運(yùn)行提供重要保障。在這樣的環(huán)境背景下，探究溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾影響

1.1 發(fā)生設(shè)備故障

在電子設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，產(chǎn)生熱量會(huì)帶動(dòng)環(huán)境溫度的變化，形成溫度波動(dòng)，改變電子設(shè)備內(nèi)部電子元器件參數(shù)，造成熱擾動(dòng)。這種熱擾動(dòng)現(xiàn)象和溫度成正比，溫度越高，熱擾動(dòng)就會(huì)越劇烈。在這樣的環(huán)境下，電子設(shè)備中的電子元期間發(fā)生故障的幾率會(huì)大大增強(qiáng)，甚至?xí)斐呻娮釉骷挠谰眯允?，破壞電子元器件的運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而縮短電子設(shè)備的使用壽命，對(duì)電子產(chǎn)品綜合使用性能形成極大的抑制。從另一個(gè)角度上看，當(dāng)電流流經(jīng)阻值導(dǎo)體后，會(huì)產(chǎn)生一定熱量，盡管熱量很小，但這種熱量會(huì)逐漸累積，進(jìn)而造成溫度過(guò)高而發(fā)生電子設(shè)備故障。

1.2 產(chǎn)生熱噪聲

除了引發(fā)電子元器件的故障和失效之外，過(guò)高的溫度會(huì)促使電子器件產(chǎn)生熱噪聲，從電阻元件上看，電阻器在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生熱量而提高環(huán)境溫度，而過(guò)高的環(huán)境溫度會(huì)形成噪聲電壓，噪聲電壓是電阻器運(yùn)行中的必然產(chǎn)物，屬于固有噪聲源。這種熱噪聲是連續(xù)性不規(guī)則寬頻譜噪聲，會(huì)隨著溫度的升高而加劇。除了電阻元件之外，半導(dǎo)體二極管和三極管也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，并隨著溫度的升高改變?cè)\(yùn)行參數(shù)，這種參數(shù)變化具有極大的危害性，破壞電路實(shí)際運(yùn)行，不利于工作效率的提升。

2 抑制電子設(shè)備溫度升高的有效方式

2.1 熱傳導(dǎo)

在電氣設(shè)備各個(gè)電器元件不發(fā)生相對(duì)位移的過(guò)程中，借助分子、原子和自由電子等微觀離子熱運(yùn)動(dòng)性而形成熱量傳遞，稱(chēng)為熱傳導(dǎo)。一般而言，強(qiáng)化傳導(dǎo)散熱的的主要措施為：

（1）選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的原材料進(jìn)行傳導(dǎo)零件制造；

（2）增加和導(dǎo)熱零件的實(shí)際接觸面積；

（3）減少熱傳導(dǎo)路徑，提高導(dǎo)熱效率。

值得注意的是，在熱傳導(dǎo)路徑中杜絕絕熱元件或是隔熱元件的設(shè)置，防止影響導(dǎo)熱效果。特別是在線(xiàn)導(dǎo)熱過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)面積固定面積熱量和該點(diǎn)溫度日度、垂直導(dǎo)向方向截面積存在成比例關(guān)系，即為傅立葉導(dǎo)熱定律，其向量表達(dá)為ф=-λA·аt/аx，其中，ф為熱流量；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；A為垂直于熱流方向截面積；аt/аx表示在X方向上溫度變化率。

2.2 對(duì)流散熱

對(duì)流散熱主要是流動(dòng)氣體或是液體和固體壁面接觸中，由于二者存在溫度差而引起的熱能傳遞，在實(shí)際應(yīng)用中包括自然對(duì)流與強(qiáng)迫對(duì)流兩種形式。自然對(duì)流是指流體的冷熱兩部分存在密度差而形成的熱量對(duì)流傳遞，其熱量對(duì)流的劇烈程度主要由流體溫差、類(lèi)型和所處空間位置決定。若流動(dòng)氣體或是液體由于泵、風(fēng)機(jī)等外力因素影響，在流體內(nèi)部形成壓力差，則為熱量強(qiáng)迫對(duì)流，其對(duì)流激烈程度主要由流體內(nèi)部壓力差、流體類(lèi)型和流道結(jié)構(gòu)環(huán)境等因素決定。針對(duì)電子設(shè)備而言，這種流體一般為空氣，強(qiáng)化對(duì)流散熱措施為：

（1）加大空氣冷熱溫差；

（2）加大空氣和固體壁面的實(shí)際接觸面積；

（3）加大環(huán)境介質(zhì)的流動(dòng)速度，其對(duì)流換熱公式為ф=hcA（tw-tf），其中hc為對(duì)流換熱系數(shù)；A為對(duì)流換熱面積；tw為熱表面溫度；tf為冷卻流體溫度。

2.3 輻射散熱

輻射換熱和對(duì)流換熱、熱傳導(dǎo)等散熱方式存在本質(zhì)上的區(qū)別，主要將熱量以光速透過(guò)真空，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移和傳遞。依據(jù)熱轄射研究理論，將波長(zhǎng)為0.1μ-100μ內(nèi)射線(xiàn)視為熱射線(xiàn)，其傳播過(guò)程極為熱輻射。強(qiáng)化輻射散熱具體措施為：一是在發(fā)熱體表面設(shè)置散熱涂層；二是提高熱射線(xiàn)和周?chē)g的溫度差；三是增加輻射體表面積，其中物體熱輻射能力計(jì)算公式為：ф=?Aσ0T4（tw-tf），其中，?為物體表面黑度；A為輻射表面積；σ0為斯蒂芬-玻爾茲曼常，取值為5.67x10-8/m2·K4；T為物體表面熱力學(xué)溫度。

3 電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要將自然對(duì)流散熱方式和熱傳導(dǎo)有效的結(jié)合在一起，將元件板與電子箱均熱化，為了提高設(shè)備檢測(cè)要求和檢修標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員要將電子設(shè)備中的元件板更換為可替換插入式印版，結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃插拔模塊，讓插入式印版可以對(duì)準(zhǔn)插座，進(jìn)而接電運(yùn)行。各個(gè)插拔模塊以楔形塊為主要鎖緊元件，降低插入式印版結(jié)構(gòu)熱阻，通過(guò)插拔模塊和印版間接觸壓力、面積進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，形成導(dǎo)熱通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子設(shè)備溫度干擾的抑制。

3.2 元器件熱安裝

由于印板組裝密度高，為了提高導(dǎo)熱效率，除了使用散熱型印板外，還要在電子設(shè)備元器件進(jìn)行熱安裝，將元器件設(shè)置在導(dǎo)熱條中，減少元器件到印板之間的熱阻。在大功率熱器件安裝中，安裝人員要在元器件表面涂抹導(dǎo)熱脂，降低界面熱阻，進(jìn)而提高元器件導(dǎo)熱效率。由于電子設(shè)備工作頻率和工作范圍的不穩(wěn)定，使得元器件引線(xiàn)與印板熱系數(shù)存在差距。在這種溫度循環(huán)下，工作人員要盡量消除熱應(yīng)力，將軸向引線(xiàn)柱形元件熱應(yīng)力控制在2.54mm以下，如圖1所示，提高預(yù)留應(yīng)變量，采取各種有效的導(dǎo)熱途徑減少熱阻，方便各個(gè)器件的熱耗通過(guò)最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果。

3.3 元器件布局結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行電子設(shè)備元器件熱結(jié)構(gòu)布局中，一般同一印板中的元器件要依據(jù)熱量大小和耐熱程度進(jìn)行排列，電解、電容等耐熱性較差的元器件要設(shè)置在冷卻氣流上游位置，即為進(jìn)風(fēng)口處；而電阻、變壓器等耐熱效果較好的元器件則要設(shè)置在冷卻氣流最下游，即為出風(fēng)口處。針對(duì)集成混合電路安裝環(huán)境而言，設(shè)計(jì)人員要將大規(guī)模集成電路設(shè)置在冷卻氣流上游處，而小規(guī)模集成電路則設(shè)置在冷卻氣流下游處，平衡印板元器件溫度，防止局部溫度過(guò)高的情況發(fā)生。一般在水平方向上，大功率器件要貼近印板邊緣位置，減少傳熱路徑，提高散熱效率；在垂直方向上，大功率器件要貼近印板上方位置，防止器件運(yùn)行中各個(gè)器件溫度干擾，遵循均熱化原理，進(jìn)而提高元器件布局的合理性，有效抑制溫度對(duì)電子設(shè)備的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究溫度對(duì)電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法，提出熱傳導(dǎo)、對(duì)流散熱、輻射散熱等溫度抑制方法，設(shè)計(jì)電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)，采取各種有效的途徑減少熱阻，方便各個(gè)器件的熱耗通過(guò)最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果，為電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的保障。

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作者單位

四川省中國(guó)民航飛行學(xué)院 四川省德陽(yáng)市 618300